奈米銀微粒對薄膜濾材之負載特性研究

Abstract

薄膜濾材是一種孔徑大小較均一且過濾效率高的濾材，在環工領域常被應用於環境採樣等目的。所以本研究希望探討奈米微粒對薄膜濾材的負載特性，了解濾材在奈米尺度下的過濾特性。 本研究利用直穿孔式的聚碳酸鹽薄膜濾材（PCTE）進行實驗，並取兩種孔徑2 μm 和5 μm PCTE薄膜濾材用奈米銀微粒作為負載氣膠探討濾材的負載特性。奈米銀微粒是由高溫爐系統製作而成，藉由控制高溫爐系統的溫度及稀釋空氣量來改變負載微粒的粒徑（18 nm、37 nm 和50 nm），進行負載實驗。此外另一項控制變因為改變負載時的表面風速（10 cm/s 、8.5 cm、 7 cm/s、 5.5 cm/s）。 從濾材的負載實驗結果中可以發現，兩種不同孔徑大小的濾材，在相同的負載量下會有不同負載現象。其中2 μm PCTE薄膜因為孔徑較小，所以初始穿透率較低；5 μm PCTE薄膜因為孔徑較大，容易造成較高的初始穿透率。若在相同的表面風速時，2 μm PCTE薄膜在負載微粒越小時，受表面積影響而使單位面積之負載量（ΔP/W）的斜率隨粒徑越小而變大。相反的，在薄膜濾材孔洞完全填滿前的深層過濾階段，5 μm PCTE薄膜在相同的負載量下，較小的微粒在薄膜孔洞中有更多機會擴散至孔洞深處，平均收集在孔洞內壁上，較大的微粒在濾材孔洞前段被收集後對斷面形狀影響較大，迅速增加後續進入微粒之捕集機會而造成微粒將孔洞塞住，因此造成ΔP/W的值較小粒徑的ΔP/W值更大。 2 μm PCTE薄膜的負載曲線中ΔP/W會隨表面風速增加而變大；相反的，5 μm PCTE薄膜在表面風速較大時，由於微粒被濾材孔洞收集時無法將孔洞完全塞住，形成針孔現象（pinhole），使得ΔP/W的斜率反而變小。此外，在表面過濾階段若依照達西定律之推論ΔP/W的斜率會與表面風速成正比；但是表面風速增加時造成濾餅孔隙率變小，使得阻抗係數K2值變大，造成ΔP/W斜率不與表面風速成正比。

Membrane filter had uniform pore size and high filtration efficiency, and it was applied to sample in the field of environmental engineering, and therefore this work hope to discuss Ag nanoparticle loading characteristics of membrane filters, and comprehend filteration in nanoscale. Iso-pore Polycarbonate (PCTE) membrane filters have been applied to experiment in this work and been discussed Ag nanoparticles loading characteristics of two pore size membrane filters 2